[发明专利]一种碳纳米管复合材料及其制备方法和应用

说明书

本发明涉及储氢材料技术领域，尤其涉及一种碳纳米管复合材料及其制备方法和储氢应用。本发明提供了一种碳纳米管复合材料，包括改性碳纳米管和负载在所述改性碳纳米管表面的纳米粒子或PLLA；所述改性碳纳米管的改性基团为羟基和酰胺基；所述纳米粒子包括过渡金属元素和/或稀土金属元素。根据实施例的记载，本发明所述的碳纳米管复合材料具有优良的储氢性能。

技术领域

本发明涉及储氢材料技术领域，尤其涉及一种碳纳米管复合材料及其制备方法和应用。

背景技术

氢能作为“零碳”能源，具有极高单位质量能量密度，可以替代日益枯竭的化石能源，减缓化石燃料使用造成的环境污染。发展“净零排放”可持续利用的氢能系统，是实现“深度脱碳”的重要路径。车载燃料电池是最具发展潜力的氢能应用方向。因此，如何将氢气存储在小、轻且安全的材料中并实现高效的储存和释放是当前研究的重要课题之一。

物理吸附储氢是一种将氢气通过范德华力可逆的吸附在高比表面积多孔材料上的储氢方式。这一可逆过程属于物理变化，并不会使氢分子发生解离现象。这类材料主要包括碳基材料及其衍生物、无机多孔材料等，这类材料具有储氢方法简单和吸、放氢分子容易等明显的优点。碳纳米管作为常见的一维碳材料，具有低密度、高比表面积、高导电性和高导热性等一系列优点，但是其固有的疏水性，必须在其表面氧化形成缺陷，增加碳纳米管的极性进而提高对氢的吸附，如羟基、羧基等官能团。然而过多的含氧官能团的引入又会在一定程度上降低其吸放氢速度，并且碳纳米管表面官能团带来的悬挂键导致碳纳米管的能量过高造成其结构不稳定，发生团聚。调控碳纳米管对氢分子吸脱附性能最直接的方式是改变其表面性质，一方面氢的扩散速率影响吸放氢动力学性能，因此减小氢分子与碳纳米管壁之间的摩擦力，进而增强氢分子在纳米通道中的扩散速度；另一方面，调控纳米管表面电子结构，进而调整纳米管与氢分子之间的相互作用，调节氢分子在纳米通道中的扩散速度，然而随着碳纳米管中氢吸附数量增加，影响氢分子进一步的扩散。因此，氢在碳纳米管表面的扩散能力及其与碳纳米管之间作用共同决定碳纳米管对氢存储能力。碳纳米管的功能化策略主要取决于结构以及材料的化学性质。但是目前并没有一种有效策略来提升氢分子在碳纳米管基复合材料表面的吸脱附能力。

发明内容

本发明的目的在于提供一种碳纳米管复合材料及其制备方法和应用，所述碳纳米管复合材料对氢气具有优异的吸脱附能力。

为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

本发明提供了一种碳纳米管复合材料，包括改性碳纳米管和负载在所述改性碳纳米管表面的纳米粒子或PLLA；

所述改性碳纳米管的改性基团为羟基和酰胺基；

所述纳米粒子包括过渡金属元素和/或稀土金属元素。

优选的，所述改性碳纳米管和纳米粒子的质量比为(95～99)：(1～5)；

所述改性碳纳米管和PLLA的质量比为(95～99)：(1～5)。

优选的，所述过渡金属元素包括Ni；

所述稀土金属元素包括La。

优选的，所述改性碳纳米管的制备方法，包括以下步骤：

将碳纳米管和碱液混合，进行超声处理，得到预处理后的碳纳米管；

将所述预处理后的碳纳米管和乙二醇混合，进行第一改性，得到羟基改性的碳纳米管；

将所述羟基改性的碳纳米管和含有酰胺基化合物溶液混合，进行第二改性，得到所述改性碳纳米管。

优选的，所述碳纳米管包括氮掺杂的单壁碳纳米管、镍掺杂的单壁碳纳米管、氮掺杂的多壁碳纳米管和镍掺杂的多壁碳纳米管中的一种或几种；

所述碱液包括氢氧化钠溶液、氨水溶液或碳酸钠溶液。